CN106229595A - 功分器及其组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功分器及其组件，该功分器包括介质板，该介质板正面设有微带线，介质板背面设有金属接地面，该微带线包括主微带线、输入微带线和两个输出微带线，该主微带线为蛇形微带线，该输入微带线连接主微带线中段，该两个输出微带线分别连接主微带线两端，该输入微带线末端为输入端口，该两个输出微带线分别设有两个输出端口共四个输出端口。该功分器组件包括至少两个并列设置的所述功分器。本发明功分器结构紧凑，相比常规设计方法物理尺寸更小，降低了成本，工作频带宽，并且可灵活根据基站天线馈电网络需要的功分网络结构调整输出的路数和功分比例，实现多路多种功分比的功分器。

Description

功分器及其组件

【技术领域】

本发明涉及通信领域中的无源微波传输器件领域，尤其是涉及一种多路功分器。

【背景技术】

在微波器件领域，功分器将输入信号分成几路信号输送到其他射频器件或者电路，特别是在射频系统里面需要将功率按照一定的比例分配到各单元，功分器是一种很常见也很重要的器件。移动通信基站天线中，在辐射单元排列确定时候，基站天线进行波束赋性主要是通过控制阵列辐射单元的幅度与相位来实现。目前在基站天线中常用的是定向耦合器、混合环和威尔金森功分器，然而耦合器一旦加工成型公分比例就确定，不适合后期根据基站天线的网络结构进行调整，混合环体积过大，不适合作为常规的功分器使用，并且工作频带较窄。常规的威尔金森功分器采用工作频段的四分之一波长作为变换段调节阻抗匹配，这种功分器很容易实现一分多路情况，工作频段可以很宽，但是受制于四分之一波长变换段限制，常规的设计方法会使得这种功分器物理尺寸很大，特别是在低频段表现的更明显，就不太适合低频段使用，并且一旦设计加工好功分比例确定后，也不适合在后期基站天线开发中进行调整。还有一种电缆功分器，波长和频率成反比，低频段功分器阻抗变换段较长，处于成本和性能考虑，低频功分器常常采用电缆功分器，但是这种功分器的功率分配比例受电缆阻抗限制，并且工作频带窄。

移动通信基站天线是根据馈电网络的功率分配来选择合适的功分器，现有的功分器尺寸较大，加工复杂，成本高，工作频带窄，通带带外抑制特性差，并不太适合在基站天线中使用。

因此，提供一种尺寸小、结构简单紧凑、加工容易、成本低、工作频带宽、公分比可灵活调整的功分器实为必要。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种尺寸小、结构简单紧凑、成本低、公分比可调整的功分器及其组件。

为实现本发明目的，提供以下技术方案：

本发明提供一种功分器，其包括介质板，该介质板正面设有微带线，介质板背面设有金属接地面，该微带线包括主微带线、输入微带线和两个输出微带线，该主微带线为蛇形微带线，该输入微带线连接主微带线中段，该两个输出微带线分别连接主微带线两端，该输入微带线末端为输入端口，该两个输出微带线分别设有两个输出端口共四个输出端口。本发明功分器采用弯折结构的微带线，四个输出端口两两共用一条输出微带线，结合开路线匹配技术，使得功分器结构紧凑，相比常规设计方法物理尺寸更小，降低了成本，工作频带宽，并且本发明可以通过增减输出端口、改变输出端口阻抗实现多路、不同功分比的功能，这种设计可极大的减少功分器的种类，并且不需要改变功分器，可灵活根据基站天线馈电网络需要的功分网络结构调整输出的路数和功分比例，实现多路多种功分比的功分器。

优选的，该蛇形的主微带线具体为“弓”字形，该主微带线和两个输出微带线呈对称结构设置。

优选的，该两个输出微带线与“弓”字形主微带线纵向垂直。

优选的，该输入微带线为弯折的“L”形结构，与“弓”字形主微带线横向垂直。

优选的，该输入微带线设有第一输入变换段、第二输入变换段，通过第一输入变换段、第二输入变换段与主微带线中段连接，该主微带线中段向两侧分出两个一分二变换段。

优选的，该第一输入变换段与主微带线的两个一分二变换段组成为“山”字形弯折结构。这种结构有助缩小功分板体积。

优选的，该第一输入变换段与该两个一分二变换段长度为λ/16～λ/32。

优选的，该主微带线的两个一分二变换段延伸并弯折形成两个倒立的“U”形。

优选的，该两个一分二变换段在“U”形转弯凹处分别设有向下延伸的第一开路枝节，该“弓”字形主微带线两侧的末端分别设有第二开路枝节线。

优选的，第一开路枝节和第二开路枝节的长度为λ/8或者λ/16或者λ/32，λ为工作频段的波长，各开路枝节可以为不等宽度。

本发明功分器的输出端可接不同阻抗电缆，优选的，该输出微带线阻抗为25欧姆或者50欧姆，也可以设定为其他阻抗值。

本发明功分器的输出端口可以全部使用，也可以部分使用而其余空置，并且可以结合通过不同阻抗设置，实现功分器输出路数的灵活调配和不同公分比的调节。作为优选的实施方式，四个输出端口可以空置一个，只用焊接三个端口，变成一分三路功分器；更进一步的，所述焊接两个端口的那一端焊接的两个端口可以为不同的阻抗，实现不同的功分比例。作为优选的另一实施方式，四个输出端口可以两边各空置一个，只用焊接两个端口，变成一分二路功分器。

优选的，该介质板为PCB电路板，优选的，整个PCB电路板长宽均约为工作频段的λ/4。

优选的，在各微带线之间设有短路金属化过孔条带。短路金属化过孔条带可以减少微带线之间的耦合，提高微带线抗干扰能力。

本发明还提供一种功分器组件，其包括介质板，在介质板上并列设置有至少两个如上所述的功分器。

优选的，在相邻两个所述功分器之间和/或在功分器组件空白处设有短路金属化过孔条带。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)现有技术常规设计方法设计功分器阻抗变换段长度就要工作频段的λ/4，当工作频带宽就需要多级变换段实现匹配阻抗，这种设计方法导致设计的功分器物理尺寸过大，插损大，并且成本高。本发明采用弯折线结构，结合开路线匹配技术，大大缩小了功分器物理尺寸。

(2)现有技术常规设计方法设计一分四功分器需要首先实现一分二再一分二的并联结构，本发明直接省略掉第二级一分二，只用一级结构，直接将第二级两个输出端共用一条输出微带线，并实现良好的阻抗匹配。

(3)本发明考虑到功分器的复用性，以及实际中不同的馈电网络有不同的功分比设计要求，可以通过增减输出端口、改变输出端口阻抗实现多路、不同功分比的功能，这种设计可极大的减少功分器的种类，并且不需要改变功分器。

(4)现有技术常规的电缆功分器采用不同的阻抗电缆级联焊接，但是涉及到一分三路以上，装配就变得复杂，并且采用不同的阻抗电缆容易导致装配错误，本发明采用PCB印制电路板技术，提高了功分器性能的一致性，更便于生产装配。

【附图说明】

图1为本发明功分器立体图；

图2为本发明功分器正面结构图；

图3为本发明功分器一分四路驻波图；

图4为本发明功分器一分二路实施例示意图；

图5为本发明功分器一分二路功分特性曲线图；

图6为本发明功分器一分三路实施例示意图；

图7为本发明功分器两个并列放置的结构图。

【具体实施方式】

请参阅图1和图2，本发明功分器实施例具体是在介质板1正面设有微带线，介质板1背面设有金属接地面2，该微带线包括主微带线3、输入微带线101和两个输出微带线106，在本实施例中该主微带线3为“弓”字形，该输入微带线101连接主微带线3中段，该两个输出微带线106分别连接主微带线3两端，该主微带线3和两个输出微带线106呈对称结构设置。

该介质板1为PCB电路板，采用高介电常数、低损耗的介质板材料，所述电路板采用一体化设计，整个PCB电路板长宽均约为工作频段的λ/4。

该输入微带线101末端为输入端口port1，该两个输出微带线106分别设有两个输出端口共四个输出端口port2、port3、port4、port5，具体实施例中，四个输出端口port2、port3、port4、port5分别设置在输出微带线106的两侧。本发明功分器采用弯折结构的微带线，四个输出端口两两共用一条输出微带线，结合开路线匹配技术，使得功分器结构紧凑，相比常规设计方法物理尺寸更小，降低了成本，工作频带宽，并且本发明可以通过增减输出端口、改变输出端口阻抗实现多路、不同功分比的功能，这种设计可极大的减少功分器的种类，并且不需要改变功分器，可灵活根据基站天线馈电网络需要的功分网络结构调整输出的路数和功分比例，实现多路多种功分比的功分器。

该输入微带线101设有第一输入变换段1011、第二输入变换段1012，通过第一输入变换段1011、第二输入变换段1012与主微带线中段102连接，该输入微带线101为弯折的“L”形结构，与“弓”字形主微带线3中段102成横向垂直。该主微带线中段102向两侧分出两个一分二变换段103，该第一输入变换段1011与主微带线的两个一分二变换段组103成为“山”字形弯折结构。这种结构有助缩小功分板体积。

该第一输入变换段1011与该两个一分二变换段103长度为λ/16～λ/32，λ为工作频段的波长。

该主微带线3的两个一分二变换段103向上延伸一段后又分别相互背向弯折延伸一段再向下弯折，形成两个倒立的“U”形。该两个一分二变换段在“U”形转弯凹处分别设有向下延伸的第一开路枝节104，该“弓”字形主微带线3两侧的末端分别设有第二开路枝节线105。该两个输出微带线106与“弓”字形主微带线3两边末段成纵向垂直。

第一开路枝节104和第二开路枝节105的长度为λ/8或者λ/16或者λ/32，λ为工作频段的波长，各开路枝节可以为不等宽度。

在各微带线之间设有短路金属化过孔条带4。短路金属化过孔条带4可以减少微带线之间的耦合，提高微带线抗干扰能力。

本发明功分器的输出端口可以全部使用，也可以部分使用而其余空置，并且可以结合通过不同阻抗设置，实现功分器输出路数的灵活调配和不同公分比的调节。

作为优选的实施方式，四个输出端口可以空置一个，只用焊接三个端口，变成一分三路功分器；更进一步的，所述焊接两个端口的那一端焊接的两个端口可以为不同的阻抗，实现不同的功分比例。作为优选的另一实施方式，四个输出端口可以两边各空置一个，只用焊接两个端口，变成一分二路功分器。

在本发明实施实例中，仿真设计了一分四功分器，整个PCB电路板长80mm，宽40mm，物理尺寸约为工作频段的λ/4。输入端口port1设置为50欧姆，输出端口port2、port3、port4、port5均为50欧姆。图3为本发明实施例一分四功分器仿真结果驻波图，工作频段为600-960MHz，功分器在工作频段内驻波小于1.15，具有良好的阻抗匹配特性，满足使用要求。

请参阅图4～6，射频信号通过输入端口port1输入，然后由输出端口port2、port3、port4、port5输出。输入端射频线缆内芯201与输入微带线101焊接在一起，线缆介质层202刚好在输入端的卡口，线缆屏蔽层203与背面整块金属接地面2焊接在一起。输出端射频线缆内芯201与输出微带线106焊接在一起，线缆介质层202刚好在输出端的卡口，线缆屏蔽层203与背面整块金属接地面2焊接在一起。

请参阅图4，本发明功分器一分二路实施例示意图，在图2实施例的基础上，不改变功分器任何结构，输入端口port1接入射频信号，只用port2与port3两个输出端口，另外两各个输出端口空置，此时功分器变成了一分二功分器，图5为一分二功分器功分特性曲线图，可以看到输出功率幅度波动小，波动幅度范围-3.06～-3.09dB。

图6为本发明功分器一分三路实施例示意图。输入端口port1接入射频信号，输出端口port5空置，其它输出端口接入输出电缆或接头，此时功分器变成了一分三功分器。特别的输出端口port3和port4两个输出端口并联，两个端口可以接入相同或者不同的阻抗电缆，实现不同的功分比例。比如，当输出端口port2、port3、port4接入50欧姆线缆，那么三个输出功分比例为2:1:1；当输出端口port2接入50欧姆线缆，输出端口port3接入35欧姆线缆，输出端口port4接入75欧姆线缆，那么此时三个输出功分比例为3:2:1。这种设计显然可以灵活提高设计功分比例的自由性。

请参阅图7，本发明功分器组件是在介质板1上并列设置有至少两个如上所述的功分器。在相邻两个所述功分器之间和在功分器组件空白处均设有短路金属化过孔条带4，短路金属化过孔条带4可以减少微带线之间的耦合，提高微带线抗干扰能力。

在本发明中，功分器采用蛇形微带线结构，实现了功分器的小型化设计。充分利用弯折线结构提高空间利用率。与常规λ/4变换段和λ/4开路枝节线调节阻抗匹配技术相比，特别的更短的阻抗变换段、更短的开路枝节线弯折结构使得功分器布局结构简单紧凑，在保证性能优良、尺寸缩小的前提下，提高了PCB线路板的面积利用率，一致性高，降低了成本，组装方便。常规功分器功分在设计好之后，功分比例确定之后就无法再调整，本发明可以通过增减输出端口、改变输出端口阻抗实现多路、不同功分比的功能，这种设计可极大的减少功分器的种类，并且不需要改变功分器，节省成本，在设计基站天线时候有利于馈电网络布局。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明技术方案上的等效变换均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功分器，其包括介质板，该介质板正面设有微带线，介质板背面设有金属接地面，其特征在于，该微带线包括主微带线、输入微带线和两个输出微带线，该主微带线为蛇形微带线，该输入微带线连接主微带线中段，该两个输出微带线分别连接主微带线两端，该输入微带线末端为输入端口，该两个输出微带线分别设有两个输出端口共四个输出端口。

2.如权利要求1所述的功分器，其特征在于，该蛇形的主微带线具体为“弓”字形，该主微带线和两个输出微带线呈对称结构设置。

3.如权利要求2所述的功分器，其特征在于，该两个输出微带线与“弓”字形主微带线纵向垂直。

4.如权利要求2或3所述的功分器，其特征在于，该输入微带线为弯折的“L”形结构，与“弓”字形主微带线横向垂直。

5.如权利要求1所述的功分器，其特征在于，该输入微带线设有第一输入变换段、第二输入变换段，通过第一输入变换段、第二输入变换段与主微带线中段连接，该主微带线中段向两侧分出两个一分二变换段，该第一输入变换段与该两个一分二变换段长度为λ/16～λ/32，λ为工作频段的波长。

6.如权利要求5所述的功分器，其特征在于，该第一输入变换段与主微带线的两个一分二变换段组成为“山”字形弯折结构。

7.如权利要求5所述的功分器，其特征在于，该主微带线的两个一分二变换段延伸并弯折形成两个倒立的“U”形。

8.如权利要求7所述的功分器，其特征在于，该两个一分二变换段在“U”形转弯凹处分别设有向下延伸的第一开路枝节，该“弓”字形主微带线两侧的末端分别设有第二开路枝节线，第一开路枝节和第二开路枝节的长度为λ/8或者λ/16或者λ/32，λ为工作频段的波长。

9.一种功分器组件，其包括介质板，其特征在于，在介质板上并列设置有至少两个如权利要求1～8任一项所述的功分器。

10.如权利要求9所述的功分器组件，其特征在于，在相邻两个所述功分器之间和/或在功分器组件空白处设有短路金属化过孔条带。